датчик для проверки поверхности круговой канавки в диске турбореактивного двигателя с помощью вихревых токов

Формула изобретения

1. Датчик (6) вихревых токов для мониторинга поверхности круговой канавки (2), сформированной в диске (1) турбореактивного двигателя, датчик содержит стержень (7), прикрепленный к опоре (8), и первый многоэлементный сенсор (9) для осуществления проверки, ограниченный для движения вместе со стержнем (7), и выполненный с возможностью вставки в упомянутую круговую канавку (2), датчик, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй многоэлементный сенсор (9), и при этом два многоэлементных сенсора (9) располагаются задними сторонами друг к другу, и при этом упомянутый стержень (7) установлен с возможностью поворота вокруг своей собственной оси (y-y'), чтобы позволить вставку двух многоэлементных сенсоров (9) в упомянутую канавку (2).

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что два многоэлементных сенсора (9) упруго поджаты в противоположных направлениях с тем, чтобы обеспечить хороший контакт между многоэлементными сенсорами (9) и противоположными поверхностями (3) для проверки.

3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что между двумя многоэлементными сенсорами (9) вставлена, по меньшей мере, одна пружина (13).

4. Датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждый многоэлементный сенсор (9) имеет форму, которая соответствует профилю лицевой стороны (3) канавки (2) проверки.

5. Датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что два многоэлементных сенсора (9) удерживаются задними сторонами друг к другу и соединены со стержнем (7) с помощью компоновки (14) с возможностью скольжения.

6. Способ проверки с помощью вихревых токов поверхности круговой канавки (2), сформированной в диске (1) турбореактивного двигателя, посредством датчика (6) по п.1, способ, отличающийся тем, что он включает в себя этапы, состоящие в:

a) позиционировании двух сенсоров (9) с совмещением с отверстием (5) канавки, так что общая ось (x-x') сенсоров проходит перпендикулярно оси (А-А) диска (1);

b) перемещении датчика (6) в радиальном направлении (f₂) диска по направлению внутрь канавки (2) с тем, чтобы вставить два многоэлементных сенсора (9) в упомянутую канавку (2); затем

c) принуждении стержня (7) к повороту на угол 90°, так что многоэлементные сенсоры (9) вступают в контакт с боковыми сторонами (3) канавки (2) для проверки; и наконец

d) сканировании всей поверхности круговой канавки (2).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в течение этапа d) датчик (6) остается неподвижным, а диск (1) поворачивается на угол 360°.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к датчику для проверки аномалий и неоднородностей поверхности круговых канавок в диске турбореактивного двигателя с помощью вихревых токов.

Круговая канавка диска турбореактивного двигателя предназначена для приема ряда лопаток и подвергается воздействию высоких уровней напряжений, когда турбореактивный двигатель работает, в частности, на сторонах вогнутой угловой формы (упоминаемых ниже как «боковые стороны» канавки). В результате канавки этого типа требуют очень регулярной проверки. Учитывая плохую доступность боковых сторон, распространенной практикой является проверка состояния их поверхности посредством осуществления проверки с помощью вихревых токов. Этот тип проверки заключается в сканировании поверхности для исследования посредством датчика, снабженного сенсором, который посредством создания электромагнитного поля создает вихревые токи в детали, которая проверяется. На практике это обычно представляет собой деталь, которую заставляют поворачиваться, в то время как датчик остается неподвижным на своей опоре. Когда поверхность канавки демонстрирует аномалии, поток вихревых токов изменяется и сенсор генерирует электрический сигнал, который соответствует этому изменению. Величина сигнала пропорциональна величине детектируемой аномалии поверхности. Чтобы убедиться, что эта пропорциональность оставалась правильной, тем не менее необходимо, чтобы контакт между поверхностью для проверки и датчиком вихревых токов поддерживался непрерывно.

Уже известны башмачные датчики, которые состоят из одноэлементного сенсора, прикрепленного на конце стержня, который может перемещаться посредством его опоры вдоль аксиального и радиального направлений диска турбореактивного двигателя. Этот тип датчика требует, чтобы датчик перемещался ступенчато вдоль профиля, который проверяют, после каждого перемещения датчика в аксиальном направлении диска следует поворотное перемещение диска или датчика, с тем, чтобы сканировать всю поверхность канавки. Одноэлементный сенсор вставляют в канавку, приводят в контакт с поверхностью для проверки, а затем деталь заставляют совершить один полный оборот, так что исследуется полная круговая полоска канавки. Затем эту операцию повторяют несколько раз, изменяя каждый раз положение одноэлементного сенсора на поверхности для проверки, с тем, чтобы отсканировать всю поверхность канавки. Поскольку одноэлементный сенсор является асимметричным, после проверки одной боковой стороны канавки необходимо повернуть сенсор, чтобы исследовать противоположную сторону. В результате возможность оценки состояния поверхности канавки получается с помощью приращения результатов различных измерений, осуществляемых с использованием одноэлементного сенсора.

Для уменьшения количества измерений, которые необходимы для полной проверки поверхности канавки, были сделаны предложения по замене одноэлементного сенсора датчика многоэлементным сенсором такой формы, которая преимущественно совпадает с профилем одной из боковых сторон канавки. Тогда вся канавка может проверяться только в две операции (один полный поворот для каждой боковой стороны канавки, при этом сенсор поворачивается между двумя операциями).

Эти две системы демонстрируют несколько недостатков. Большое количество измерений и вычислений, а также сложность позиционирования сенсора по отношению к поверхности для исследования уменьшают точность результатов. Кроме того, поскольку известная система позволяет проверять только одну сторону канавки, со временем появляются проблемы, связанные с изгибом стержня, при этом появляются неправильные результаты измерений, поскольку многоэлементный сенсор плохо ориентируется по отношению к поверхности для проверки.

Настоящее изобретение относится, в частности, к улучшению датчика, имеющего многоэлементный сенсор.

Настоящее изобретение предлагает ограничение количества операций, необходимых для проверки с помощью вихревых токов поверхностей круговых канавок в дисках турбореактивного двигателя. Другой целью настоящего изобретения является предоставление возможности для соответствующего позиционирования датчика внутри канавки. Настоящее изобретение служит, таким образом, для значительного уменьшения продолжительности проверки и для увеличения точности результатов.

Во-первых, настоящее изобретение предусматривает датчик для мониторинга с помощью вихревых токов поверхности круговой канавки, сформированной в диске турбореактивного двигателя, датчик содержит стержень, прикрепленный к опоре, и первый многоэлементный сенсор, ограниченный для движения вместе со стержнем и предназначенный для вставки в упомянутую круговую канавку для осуществления проверки, датчик отличается тем, что он дополнительно содержит второй многоэлементный сенсор, и тем, что два многоэлементных сенсора располагаются задними сторонами друг к другу, и тем, что упомянутый стержень установлен с возможностью поворота вокруг своей собственной оси, чтобы позволить вставку двух многоэлементных сенсоров в упомянутую канавку.

Каждый из многоэлементных сенсоров предназначен для вступления в контакт с соответствующей одной из боковых сторон канавки. Эти многоэлементные сенсоры содержат множество элементов, доставляющих высокочастотные сигналы, соответствующие уровню повреждения поверхности, которая проверяется. Эти сигналы получают в реальном времени с помощью цифрового генератора вихревых токов, использующегося для их посылки, для их приема и для их демодуляции. Затем эти сигналы преобразуются в изображения с помощью программного обеспечения для их обработки, так что они могут интерпретироваться оператором.

Набор из двух многоэлементных сенсоров, расположенных задними сторонами друг к другу, имеет ширину, которая обязательно больше, чем ширина входа в канавку. Чтобы дать возможность для вставки датчика в канавку, стержень установлен с возможностью поворота на его опоре, например, с помощью шаровых направляющих и системы пружин.

Преимущественно два многоэлементных сенсора упруго поджаты в противоположных направлениях, с тем, чтобы обеспечить хороший контакт между многоэлементными сенсорами и противоположными поверхностями для проверки.

Предпочтительно между двумя многоэлементными сенсорами вставлена, по меньшей мере, одна пружина.

В соответствии с предпочтительным осуществлением настоящего изобретения каждый многоэлементный сенсор имеет форму, которая соответствует профилю стороны канавки проверки.

В соответствии с другим предпочтительным осуществлением настоящего изобретения два многоэлементных сенсора удерживаются задними сторонами друг к другу и соединены со стержнем посредством компоновки с возможностью скольжения.

Во-вторых, настоящее изобретение предусматривает способ проверки с помощью вихревых токов поверхности круговой канавки, сформированной в диске турбореактивного двигателя посредством датчика, как описано выше, способ отличается тем, что он включает в себя этапы, состоящие в:

a) позиционировании двух сенсоров с совмещением с отверстием канавки, так что общая ось сенсоров проходит перпендикулярно оси диска;

b) перемещении датчика в радиальном направлении диска по направлению внутрь канавки с тем, чтобы вставить два многоэлементных сенсора в упомянутую канавку; затем

c) принуждении стержня к повороту на угол 90° так, что многоэлементные сенсоры вступают в контакт с боковыми сторонами канавки для проверки; и наконец

d) сканировании всей поверхности круговой канавки.

Преимущественно в течение этапа d) датчик остается неподвижным, а диск поворачивается на угол 360°.

С помощью осуществлений настоящего изобретения можно получить все данные за один сканирующий оборот датчика. Обе боковые стороны канавки проверяются одновременно посредством двух многоэлементных сенсоров. Кроме того, может поддерживаться хороший контакт между многоэлементными сенсорами и диском посредством одной или нескольких возвратных пружин, расположенных между двумя сенсорами, которые размещаются задними сторонами друг к другу. Посредством уменьшения количества операций проверки датчик по настоящему изобретению уменьшает влияние человеческого фактора на результаты измерений, ограничивая при этом риск ошибки. Обеспечивая хороший контакт между датчиком и боковыми сторонами канавки, настоящее изобретение также делает возможным уточнение результатов измерений. Наконец, вместо плохого доступа к форме, которая должна проверяться, и благодаря автоматическому самобалансированию между сенсорами, расположенными задними сторонами друг к другу, можно исключить явление изгиба стержня, которое может приводить к потере контакта между сенсорами и поверхностями для проверки.

Настоящее изобретение может быть понято лучше и его преимущества видны лучше при чтении следующего далее подробного описания варианта осуществления, приведенного в качестве неограничивающего примера. Описание ссылается на прилагаемые чертежи, на которых:

фигура 1 представляет собой вид с фрагментарным разрезом круговой канавки в диске турбореактивного двигателя, при этом датчик по настоящему изобретению показан вставленным в нее; и

фигуры 2A-2C показывают последовательные этапы способа по настоящему изобретению для проверки поверхности круговой канавки.

Фигура 1 показывает часть диска 1 турбореактивного двигателя, имеющего круговую канавку 2, полученную в нем с помощью механической обработки, для приема ряда лопаток. Канавка имеет по существу цилиндрическую центральную сторону 4 вокруг оси A-A и две боковые стороны 3 вогнутой кольцевой формы. Канавка 2 открывается через кольцевое отверстие 5 шириной L₁, измеренной в аксиальном направлении. Ширина L₁ отверстия 5 меньше, чем самая большая ширина L₂ канавки 2, измеренная в аксиальном направлении, то есть ширина между ее боковыми сторонами 3.

Датчик по настоящему изобретению описывается со ссылками на фигуру 1. Датчик 6 состоит из стержня 7, опоры 8 и двух многоэлементных сенсоров 9. Стрелки f₁, f ₂ и f₃ представляют степени свободы стержня 7, определяемые шаровыми направляющими и пружинами, которые не показаны. Эти степени свободы определены ниже со ссылками на систему отсчета диска турбореактивного двигателя. В частности, стрелка f₁ соответствует движению стержня вдоль оси диска, стрелка f₂ соответствует радиальному движению стержня, в то время как f₃ обозначает стержень, поворачивающийся вокруг своей собственной оси y-y', которая проходит в радиальном направлении диска 1. На противоположном конце стержня 7 имеются два прикрепленных многоэлементных сенсора 9, которые размещаются задними сторонами друг к другу, симметрично по отношению к оси y-y' стержня. Симметрия двух сенсоров вносит вклад в самобалансировку датчика 6, делая, таким образом, возможным устранение явления изгиба стержня и поддержание, таким образом, хорошего контакта между сенсорами 9 и сторонами 3 канавки для проверки. Каждый сенсор 9 состоит из контактной части 10 и крепежной части 11. Контактная часть 10 представляет собой профиль, который по существу соответствует профилю боковой стороны 3, которая должна сканироваться. Как показано на фигуре 1, контактная часть 10 представляет собой множество элементов 12, поставляющих высокочастотные сигналы, соответствующие уровню повреждения поверхности, с которой они вступают в контакт. Крепежная часть 11 предназначена для приема средств для крепления сенсора 9 относительно стержня 7. На фигуре 1 сенсоры 9 соединены со стержнем 7 с помощью двух возвратных пружин 13. Также предусматривается скользящая направляющая 14 для поддержания двух сенсоров 9 задними сторонами друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси y-y' стержня 7. Эта направляющая 14 состоят из двух штоков, скользящих в отверстиях 15, сформированных в крепежных частях 11 соответствующих сенсоров 9, отверстия 15 двух сенсоров 9 расположены на одной линии друг с другом.

Способ проверки с использованием вихревых токов, осуществляемый посредством датчика, описанного выше, описывается ниже со ссылками на фигуры 2A-2C.

Фигура 2A показывает диск 1 турбореактивного двигателя, в котором имеется сформированная канавка 2, имеющая состояние поверхности, которое должно проверяться. Датчик 6 перемещается в направлении f₁, пока его ось лежит в средней плоскости круговой канавки 2. Затем датчик поворачивается в направлении стрелки f₃, так что два сенсора 9, которые располагаются задними сторонами друг к другу, оба помещаются напротив отверстия канавки 2, их общая ось x-x' перпендикулярна оси A-A диска.

Как показано на фигуре 2B, два сенсора 9 датчика 6 затем вставляют в канавку 2 посредством перемещения стержня 7 в радиальном направлении f₂.

Фигура 2C показывает позиционирование сенсоров 9 напротив боковых сторон 3 канавки 2. Для этой цели стержень 7 поворачивают на угол 90° вокруг своей собственной оси y-y', так что общая ось x-x' двух сенсоров становится параллельной оси A-A диска 1 турбореактивного двигателя. Во время поворота стержня 7 сенсоры 9 входят в соприкосновение с боковыми сторонами 3 канавки 2 перед тем, как они позиционируются соответствующим образом на оси A-A диска 1. С этого момента и до тех пор, пока сенсоры 9 не придут к конечному позиционированию, возвратная пружина 13 сжимается, заставляя сенсоры 9 вступать в контакт с боковыми сторонами 3 канавки 2. Возвратные пружины вносят вклад в поддержание хорошего контакта между сенсорами 9 и поверхностью 3 канавки 2 и, как следствие, в получение электрического сигнала, который точно пропорционален уровню повреждения поверхности.

Стрелка B на фигуре 2C иллюстрирует операцию сканирования канавки 2. Предпочтительно датчик 6 остается неподвижным, в то время как диск 1 турбореактивного двигателя поворачивается вокруг своей собственной оси A-A.

В течение кругового сканирования канавки 2 оба сенсора 9 выдают соответствующие высокочастотные сигналы, пропорциональные уровням повреждения боковых сторон 3 канавки 2. Эти сигналы впоследствии фильтруются и отображаются на экране в форме изображений, представляющих результаты, полученные и пригодные для использования оператором.